En el suelo oceánico, donde el oxígeno escasea, los microbios “respiran” azufre en vez de oxígeno. Lejos de los bosques del mundo, estos microbios desempeñan un papel vital en el ciclo del carbono del planeta al digerir aproximadamente la mitad de la materia orgánica que se hunde hasta llegar al fondo del mar. Una nueva investigación que fue publicada recientemente como “artículo destacado” en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS, por sus siglas en inglés) combina principios bioquímicos con la teoría de isotopos estables para crear una nueva forma de entender lo que la actividad metabólica de estos microrganismos comunes nos revela sobre su ambiente. Este enfoque crea una herramienta que podría ser muy valiosa para descifrar los procesos cruciales de la ecología del planeta, en el pasado, presente y futuro.
El Dr. Itay Halevy del Departamento de Ciencias Terrestres y Planetarias del Instituto Weizmann y el Dr. Boswell Wing de la Universidad McGill de Montreal, intentaron explicar un fenómeno que ha sido observado en experimentos por casi 60 años: los así llamados microbios reductores de azufre discriminan entre los cuatro tipos distintos de isotopos estables del azufre, según las condiciones de crecimiento de los microbios.
A través de la respiración, los microbios toman del ambiente un compuesto del azufre, el sulfato, y lo utilizan para impulsar sus reacciones metabólicas. No obstante, los microbios prefieren utilizar sulfatos con isotopos de azufre más livianos, por lo que los “fraccionan”, generando productos metabólicos ricos en 32S y pobres en 34S. Los experimentos revelaron que el fraccionamiento decrece al aumentar la tasa respiratoria y se incrementa con el aumento de la concentración de sulfatos. Estos patrones han sido utilizados para interpretar los registros geológicos de los isotopos del azufre y, en consecuencia,
Para crear su modelo, los investigadores debieron incorporar información sobre las reacciones bioquímicas, sobre los distintos factores ambientales que regulan los procesos metabólicos de los microorganismos reductores de azufre, y sobre la química de los isotopos de azufre, que son transformados durante la respiración (de manera similar a lo que acontece con el oxígeno, inhalado como O2 y exhalado en forma de CO2). Entre otras cosas, dice Halevy, él y Wing utilizaron principios desarrollados en el Departamento de Ciencias Botánicas y Ambientales por el grupo del Prof. Ron Milo. Este último investiga las relaciones existentes entre las tasas de las reacciones biológicas, las energías de las reacciones y la dinámica de las enzimas involucradas en aquellas reacciones.
La habilidad de modelar los procesos que controlan el fraccionamiento de isotopos realizada por los microbios podría tener muchas implicaciones posibles. Si los experimentos que se están realizando llegasen a verificar el modelo, este último sería una herramienta invaluable para comprender la actividad microbiana en el medio ambiente actual, así como en el pasado. Los investigadores sugieren que esto podría permitir a los geocientíficos entender las huellas que los microbios reductores de azufre dejaron en el pasado en las formaciones rocosas que contenían azufre y así, descifrar la historia antigua. Además, señala Halevy, este enfoque podría abrir las puertas a otras áreas de investigación: “El método puede ser aplicado al estudio del metabolismo microbiano de muchos otros elementos,” dice Halevy. “Por ejemplo, podría ser utilizado para modelar el fraccionamiento de isotopos del nitrógeno por las bacterias desnitrificadoras que impulsan una parte importante del ciclo del nitrógeno del planeta, o de aquellos microorganismos que producen el metano, un gas de efecto invernadero”.
Gracias maestroviejo, la fuerza de la vida es ilimitada.